Ethernet與現(xiàn)場(chǎng)總線器

面對(duì)如此之多的現(xiàn)場(chǎng)總線，用戶如何選擇?為解決這個(gè)問(wèn)題，國(guó)際電工委員會(huì)IEC在1984年就開始籌備制定單一現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。然而，由于行業(yè)與地域發(fā)展等歷史原因，加上各公司和企業(yè)集團(tuán)受自身利益的驅(qū)使，圍繞著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了一場(chǎng)大戰(zhàn)，最后經(jīng)過(guò)多方妥協(xié)，于1999年年底通過(guò)了包含F(xiàn)F、Profibus等八種總線在內(nèi)的IEC61158，沒有實(shí)現(xiàn)制定單一標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)。這個(gè)結(jié)局表明，在今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)多種現(xiàn)場(chǎng)部線將并存，控制網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)集成與信息集成會(huì)面臨復(fù)雜的局面。無(wú)論是最終用戶還是制造商，普遍都在關(guān)注現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展新動(dòng)向，都有在尋求高性能低成本的解決方案。

在各種現(xiàn)場(chǎng)總線的競(jìng)爭(zhēng)中，以Ethernet為代表的COTS(Commercial-Off-The-Shelf)通信技術(shù)正成為現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展中新的亮點(diǎn)。

3、為什么以前不用Ethernet作現(xiàn)場(chǎng)總線?

Ethernet(Ethernet)最初是在1973年由Dr Robert Metcacfe領(lǐng)導(dǎo)的小組在Xerox Palo Aleto Research Park研制出來(lái)的，應(yīng)用于微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)商業(yè)網(wǎng)絡(luò)終端。后幾經(jīng)修改，1983年出版了的IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，它和1985年發(fā)布的ISO8802.3標(biāo)準(zhǔn)是相同的。

Ethernet采用星型或總線型結(jié)構(gòu)，傳輸速率為10M、100M、1000M甚至更高，傳輸介質(zhì)為屏蔽(非屏蔽)雙絞線、光纖、同軸電纜等。

Ethernet區(qū)別于其他網(wǎng)絡(luò)(如令牌網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)、主從式網(wǎng)絡(luò)等)的重要特點(diǎn)是，它采用的介質(zhì)訪問(wèn)控制方法—CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，沖突檢測(cè)載波監(jiān)聽多點(diǎn)訪問(wèn))是一種非確定性或隨機(jī)性通信方式。其基本工作原理是：某節(jié)點(diǎn)要發(fā)送報(bào)文時(shí)，首先監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)，如網(wǎng)絡(luò)忙，則等到其空閑為止，否則將立即發(fā)送，并同時(shí)繼續(xù)監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò);如果兩個(gè)或更多的節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽到網(wǎng)絡(luò)空閑并同時(shí)發(fā)送報(bào)文時(shí)，將發(fā)生碰撞，同時(shí)節(jié)點(diǎn)立即停止發(fā)送，并等待一段隨機(jī)長(zhǎng)度的進(jìn)間后重新發(fā)送。16次碰撞后，控制器將停止發(fā)送并向節(jié)點(diǎn)微處理器回報(bào)失敗信息。

在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較高時(shí)，Ethernet上存在的這種碰撞成了主在的問(wèn)題，因?yàn)樗鼧O大地影響了Ethernet的數(shù)據(jù)吞吐量和傳輸延時(shí)，并導(dǎo)致Ethernet實(shí)際性能的下降。由于在一系列碰撞后，報(bào)文可能會(huì)丟失，因此節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的通信將無(wú)法得到保障。Ethernet的這種CSMA/CD介質(zhì)訪問(wèn)機(jī)制導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)和通信響應(yīng)的“不確定性”。

而對(duì)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)，Ethernet的這種通信“不確定性”會(huì)導(dǎo)致通信延遲的“不確定性”，并導(dǎo)致系統(tǒng)控制性能下降，控制效果不穩(wěn)定，甚至?xí)鹣到y(tǒng)振蕩;在有緊急事件信息需要發(fā)送時(shí)，還會(huì)因報(bào)警信息不能及時(shí)得到響應(yīng)，而導(dǎo)致災(zāi)難事件的發(fā)生，并成了它應(yīng)用于工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的主要障礙。

Ethernet沒有用于現(xiàn)場(chǎng)總線的另外一個(gè)重在原因是，作為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備的核心組成部分—微處理器，在20世紀(jì)80年代時(shí)還處于初期發(fā)展階段，功能簡(jiǎn)單，數(shù)字處理力不強(qiáng)，不能處理Ethernet上“捆綁”使用的TCP/IP協(xié)議。

4、Ethernet正逐漸進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域

盡管Ethernet是一種隨機(jī)性網(wǎng)絡(luò)，但由于其技術(shù)比較簡(jiǎn)單、完全公開，能很快被大家接受，通過(guò)不斷改進(jìn)、提升，市場(chǎng)占有率(特別是辦公自動(dòng)化OA領(lǐng)域的市場(chǎng)占有率)越來(lái)越大，而成本卻越來(lái)越低，進(jìn)而變成主流，即使IBM力推Token Ring(令牌環(huán)網(wǎng))架構(gòu)也已難擋此潮流。據(jù)VDC調(diào)查報(bào)告，如今已有約93%以上的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具有Ethernet接口。